|
|
| |
Filtre nedir |
|
Fİltre Devrelerİ
TEORİK BİLGİ:
Kondansatör:
Alternatif akım devrelerinde,elektrik yükünü biriktirmek kapasitif reaktans sağlamak amacıyla kullanılan gereç.Temelde bir ince yalıtkan ile birbirinden ayrılmış
iki iletken levhadan oluşan aygıt.Bir kondansatörün elektrik yükü taşıyabilme yeteneği yani kapasitesi C ile gösterilir ve levhalarda birikmiş elektrik yükünün (Q = Coulomb ) levhalar arasındaki potansiyel farkına ( V = volt ) oranına eşittir Şimdi iki iletken levhayı birbirine çok yakın olarak koyalım, arada hava bulunsun. Bu kondansatörün kapasitesi A olsun.Şimdi aynı iki levhayı aynı uzaklıkta tutup araya başka bir madde (kağıt, seramik, mika) ko¤¤¤¤¤ bir kondansatör yapalım ve bunun kapasitesi B olsun B /A oranına ikinci kondansatörü oluşturan yalıtkan maddenin yani dielektrik maddenin "Bağıl dielektrik sabitesi" adı verilir. Yani havanın yalıtkanlığı temel alınarak diğer kondansatörler buna kıyasla değerlendirilir.Kondansatör Dolması Burada, kondansatörün dolması tabir edilen, potansiyel farkının oluşması için bir zaman gerekir. Bir voltaj - zaman grafiğinde bu tabii logaritmik bir fonksiyondur.
V = E ( 1- e ( -t/rc) ) dir. Burada : V kondansatör gerilimi,E kaynak gerilimi, e tabi logaritma 2.718 , R ohm olarak devre rezistansı, C farad olarak kapasite, t şarj süresi saniye olarak Burada teorik olarak kondansatör sonsuza kadar doldurulabilir. Fakat pratikte RC time konstant dediğimiz bir sürede kondansatörü dolmuş sayarız. Formülde RC = t ise V (rc) = E ( 1- e -1 ) = 0.632 E yani rezistans ve kapasite çarpımı kadar sürede kondansatör kaynak geriliminin 0.632 si kadar dolar. Pratikte Megaohm ve mikrofarad seçildiğinde çarpımları saniye olarak t olur.
Kondansatör Boşalması:
Kondansatörün boşalması da dolması gibi log e nin bir fonksiyonudur.
V = E ( e(-t/rc)) dir. Yani aynı zaman sabiti süresince kondansatörün 0.632'si
kadar boşalma gerçekleşir.V = 0.368 E kadar gerilim kondansatör uçlarında kalır.
Sözlük anlamı ile kondansatör nedir:
alternatif akım devrelerinde,elektrik yükünü biriktirmek, kapasitif reaktans sağlamak amacıyla kullanılan gereç.Temelde bir ince yalıtkan ile birbirinden ayrılmış iki iletken levhadan oluşan aygıt Bir kondansatörün elektrik yükü taşıyabilme yeteneği yani kapasitesi C ile gösterilir ve levhalarda birikmiş elektrik yükünün(Q=Coulomb) levhalar arasındaki potansiyel farkına( V=volt ) oranına eşittir.C = Q / V Bir kondansatörde biriken enerji ise: =½C V2dir. Buradaki birimler Farad ,volt ,coulomb ,joule olarak kullanılır. İki veya daha çok iletken levha ve aralarına yalıtkan bir madde ko¤¤¤¤¤ bir kondansatör yapıldığını söyledik. Burada yalıtkan olarak hava da kullanılabilir ve hepimizin çok iyi bildiği havalı kondansatör elde edilir.Konuyu açıklamada pratik olsun diye hep iki iletken levha olarak kullanacağız. Şimdi iki iletken levhayı birbirine çok yakın olarak koyalım, arada hava bulunsun. Bu kondansatörün kapasitesi A olsun.Şimdi aynı iki levhayı aynı uzaklıkta tutup araya başka bir madde (kağıt, seramik, mika) ko¤¤¤¤¤ bir kondansatör yapalım ve bunun kapasitesi B olsun.B/A oranına ikinci kondansatörü oluşturan yalıtkan maddenin yani dielektrik maddenin 'Bağıl dielektrik sabitesi' adı verilir.Yani havanın yalıtkanlığı temel alınarak diğer kondansatörler buna kıyasla değerlendirilir.Bağıl dielektrik sabitesinin büyük olması, aynı plaka yüzeyi ile hava yerine bu madde kullanıldığında, büyüklüğü oranında yüksek kapasitede kondansatör elde edilmesi anl¤¤¤¤¤ gelir. Arada bulunan yalıtkan maddenin bir önemli vasfı da, bu maddenin potansiyel farkına dayanıklılığıdır, buna bozulma veya delinme gerilimi adı verilir. Delinme gerilimi düşük ise bu kondansatörün levhaları arasına verilen daha yüksek gerilimle kondansatör delinir.
Bir kondansatörün kapasitesi ; plaka sayısı,plaka yüzölçümü, dielektrik sabiti ile doğru, plakalar arasındaki uzaklık ile ters orantılıdır. Kapasite kullanımını hesaplamada ki temel formül:
C = 0,0885 K . A .( n-1 ) /d
Burada birimler: C pikofarad , K dielektrik sabiti , A santimetrekareolarak tek plaka yüzeyi , D santimetre olarak plakalar arası mesafe, N plaka sayısıdır. Kondansatörlerde birim olarak kullanılan Farad çok büyük bir değerdir.pratikte pek kullanılmaz. Farad’ın milyonda biri olan mikrofarad ve mikrofaradın milyonda biri olan pikofarad en çok kullanılan birimlerdir. Arada nanofarad vardır. Bir nanofarad mikrofaradın 1000 katıdır.
1 Mikrofarad 10- 6 farad 1 Nanofarad 10- 9 farad 1 Pikofarad 10-12 farad
Bu ölçüye göre 0.047 mf = 47 nf = 47.000 pf olur.Amatörlerin kullandığı kondansatörler genelde 1 pf tan 100.000 mf a kadar değişen değerlerdir.Bunca farklı kapasitede kondansatör ancak değişik dielektrik maddeler sayesinde olur.Yüksek kapasitedeki kondansatörlerde kimyasal maddeler,yüksek voltajlı kondansatörlerde yağ kullanılması gibi. Bir kondansatörü bir direnç ile bir doğru akım kaynağına bağladığımızda, devrenin açılması ile kondansatör levhaları üzerinde elektrik yükü birikir ve levhalar arasında bir potansiyel farkı meydana gelir. Burada, kondansatörün dolması tabir edilen, potansiyel farkının oluşması için bir zaman gerekir. Bir voltage - zaman grafiğinde bu tabii logaritmik bir fonksiyondur.
V = E (1- e( -t/rc))
Burada: V kondansatör gerilimi , E kaynak gerilimi , e tabi logaritma 2.718 , R ohm olarak devre rezistansı, C farad olarak kapasite, t şarj süresi saniye olarak
Burada teorik olarak kondansatör sonsuza kadar doldurulabilir. Fakat pratikte RC time konstant dediğimiz bir sürede kondansatörü dolmuş sayarız.
Formülde RC = t ise V (rc) = E 1- e-1 ) = 0.632 E yani rezistans ve kapasite çarpımı kadar sürede kondansatör kaynak geriliminin 0.632 si kadar dolar. Pratikte Megaohm ve mikrofarad seçildiğinde çarpımları saniye olarak t olur.Kondansatörün boşalması da dolması gibi log e nin bir fonksiyonudur.
V = E ( e (-t /rc))
Yani aynı zaman sabiti süresince kondansatörün 0.632 si kadar boşalma gerçekleşir.V = 0.368 E kadar gerilim kondansatör uçlarında kalır. Pratikte 3 RC zamanında kondansatör tamamen dolar veya boşalır kabul edilir.
Kondansatörler elektronik devrelere doğru akımı ayırmak, alternatif akım devrelerinde kapasitif reaktans sebebi ile akımı sınırlamak için kullanılır. Bir A.C. devresine bir kondansatör bağlandığı zaman. Kapasitif Reaktans =Xc= 12 p f cdir.Yani frekans arttıkça ve kondansatörün kapasitesi arttıkça kapasitörün alternatif akıma gösterdiği direnç azalır. Bu nedenle kondansatörler alternatif akım devrelerinde akım sınırlayıcı olarak kullanılır.Kondansatörün boşalması da dolması gibi log e nin bir fonksiyonudur.
V = E ( e (-t /rc))
Yani aynı zaman sabiti süresince kondansatörün 0.632 si kadar boşalma gerçekleşir.V = 0.368 E kadar gerilim kondansatör uçlarında kalır. Pratikte 3 RC zamanında kondansatör tamamen dolar veya boşalır kabul edilir.Pratikte biz amatörler pek çok tip kondansatör kullanırız. Kondansatörler dielektrik maddeye göre sınıflandırılırlar.Belli başlı kondansatörler şunlardır:
1-) Havalı 2-) Kağıt 3-) Mika 4-) Polistren 5-) Tantal 6-) Yağlı 7-) Mylar 8-) Seramik 9-) Polyester 10-) Elektrolit
Direnç:
Pratik olarak, elektrik akımının geçişine zorluk gösteren devre elemanına direnç denir. Birimi: OHM (Ω), 1000 Ω = 1K Ω, 1.000.000. Ω = 1M Ω
Dirençler çoğunlukla üç ayrı yapıda imal edilirler.
1- Tel sarımlı dirençler
2- Karbon dirençler
3- ¤¤¤¤l film dirençler
Dirençler işlev amacına göre iki çeşittir.
1- Sabit dirençler
2- Ayarlanabilir dirençler.
Sabit Dirençler: Öngörülen sıcaklık ve toleransla, değeri sabit olan dirençlerdir.
Ayarlanabilir Dirençler: Öngörülen sıcaklık ve toleransla, maksimum ve minimum limitleri dahilindeki herhangi bir değerinde ayarlanabilir dirençler, potansiyometre veya trimpot olaraktan bilinirler.
Muayenesi: Dirençlerin güvenliği, bir avometre (multimetre) ile, direnç değerinin ölçümü suretiyle belirlenir.
Sabit dirençlerde, ölçümün iki ucundan yapılması yeterlidir. Ayarlanabilir dirençler de ise, üç ucundan da ölçüm yapılmalı, aynı zamanda hareketli mekanizmanın ayar yapıp yapmadığını kontrol edilmelidir.
ÖlçülenΩ Sonuç Ölçülen Ω Sonuç
0 Kısa devre a→b, b→c, a→b, Kısa devre
(Arızalı) Ölçümlerinin (Arızalı)
Herhangi biri (0)
∞ Açık devre a→b, b→c, a→b, Açık devre
(Arızalı) Ölçümlerinin (Arızalı)
R Normal a→b = R1 Normal
b→c = R2
a→c =R1+R2
Ölçümler sistem üzerinde yapılıyorsa, direncin bir ucu, potansiyometrenin ise iki ucu devreden ayrılmalıdır.
Özelliği: Bir dirence voltaj uygulandığında üzerinden akım geçer. Bunun sonucu olarak, direnç üstünde geçen akımla, direnç değerinin çarpımına, eşit bir voltaj düşer. (U=IxR). Böylece, direnç, akımın geçişine zorluk göstererek, onun aşırı artmasını önler.
Dirençlerde İşaretleme:
Gerek dirençlerin üzerinde, gerekse şemalardaki direnç sembolleri üzerinde, drencin Ω değeri, bazı harf ve rakamlarla ifade edilir. Bazı dirençlerin üzerinde ise Ω değerini belirten renkli bantlar vardır. Bununla birlikte, drencin Ω değerinin tespitinde en güvenilir yol, bir ölçü aletiyle drencin ölçülmesidir. Söz konusu ölçüm yapılmaz ise, renk algılama ve görme hatası veya silinti gibi nedenlerle, hatalı sonuca varılabilir.
Bir kısım dirençlerde yalnızca rakam ve harfler bulunur. Rakam direncin değerini, harf ise birimini gösterir. Aşağıda çok kullanılan söz konusu kodlama örnekleri gösterilmiştir.
350 Ω veya 350R
3.5 Ω veya 3R5
3.5 K Ω veya 3K5 veya 3.5K
3.5 M Ω veya 3M5 veya 3.5M
Direnç Bağlantıları:
a) Seri Bağlama : Dirençlerin ardarda bağlanmasıdır. Böyle bir bağlantıda toplam direnç artar.
RT = R1 + R2 V1 = I.R1 V2 = I.R2 VT = V1 + V2
Amaç: Dirençler iki amaçla seri bağlanırlar.
1- Sistemdeki bir devrenin direncinin artırılmasına gerek duyulduğunda, yukarıdaki eşitlikler dikkate alınarak, mevcut dirence başka dirençler seri bağlanır.
2- Sistemdeki bağlanması gereken değerde tek bir direnç temin edilemezse, yukarıdaki formüller göz önünde bulundurularak birden çok direnç seri bağlanır.
b) Paralel Bağlama: Dirençlerin birer uçlarının ayrı ayrı birbirlerine bağlanmasıdır. Böyle bağlantıda, toplam direnç azalır.
1/Rt = 1/R1 + 1/R2 VT=V1=V2 I1=V1/R1 I2=V2/R2 IT=I1 + I2
Amaç: Paralel bağlamada amaçlar seri bağlamadakinin benzeridir.
c) Seri- Paralel (Karışık) Bağlama: Seri ve paralel bağlantıdaki özellik ve amaçların biraraya getirilmiş halidir.
RT = (R1+R4)+(R3 x R4)(R3 + R4) VT = V1 + V2 + V3 IT = I1 + I2 + I3
Bobinler (Coil):
Bobin bir yalıtkan makara (mandren veya karkas) üzerine belirli sayıdaki sarılmış tel grubudur.Kullanım yerine göre, makara içerisi boş kalırsa havalı bobin, demir bir göbek (nüve) geçirilirse nüveli bobin dı verilir. Bobinin her bir sarımına spir denir. Şekil 1'de bobin sembolleri verilmiştir.Aşağıdaki üst sırada bulunan semboller eski alt sırada bulunan semboller yeni gösterilim şeklidir.
Şekil 1- Değişik Bobin Sembolleri
Bobindeki Elektriksel Olaylar:
Bilindiği gibi bir iletkenden akım geçirildiğinde, iletken etrafında bir magnetik alan oluşur. Bu alan kağıt üzerinde daireler şeklindeki kuvvet çizgileri ile sembolize edilir.
Şekil 2 - içinden akım geçen bobindeki Manyetik alan kuvvet çizgileri
Bir bobinden AC akım geçirildiğinde, Şekil 2 'de görüldüğü gibi bobin sargılarını çevreleyen bir manyetik alan oluşur.Akım büyüyüp küçülüşüne ve yön değiştirmesine bağlı olarak bobinden geçen kuvvet çizgileri çoğalıp azalır ve yön değiştirir.Bobine bir DC gerilim uygulanırsa, manyetik alan meydana gelmeyip bobin devrede bir direnç özelliği gösterir.
Zıt Elektro Motor Kuvveti (EMK)
Bobin içerisindeki kuvvet çizgilerinin değişimi, bobinde zıt elektromotor kuvvet (zıt EMK Ez) adı verilen bir gerilim endükler. Bu gerilimin yönü Şekil 3 'de gösterilmiş olduğu gibi kaynak gerilimine ters yöndedir.Dolayısıyla da zıt EMK, bobinden, kaynak geriliminin oluşturduğu akıma ters yönde bir akım akıtmaya çalışır. Bu nedenledir ki, kaynak geriliminin oluşturduğu "I" devre akımı, ancak T/4 periyot zamanı kadar geç akmaya başlar.Zıt EMK 'nın işlevi, LENZ kanunu ile şöyle tanımlanmıştır.LENZ kanununa göre zıt EMK, büyümekte olan devre akımını küçültücü, küçülmekte olan devre akımını ise büyültücü yönde etki yapar.
Şekil 3
Endüktif Reaktans (XL): Bobinin, içinden geçen AC akıma karşı gösterdiği dirence endüktif reaktans denir.Endüktif reaktans XL ile gösterilir. Birimi "Ohm" dur.
Şöyle ifade edilir:
XL = ω.L 'dir. ω = 2.π.f olup yerine konulursa, XL = 2.π.f.L ohm olur.
ω : Açısal hız (Omega) f: Uygulana AC gerilimin frekansı birimi, Herzt (Hz) 'dir.
L: Bobinin endüktansı olup birimi, Henry (H) 'dir.
"L" nin değeri bobinin yapısına bağlıdır.Bobinin sarım sayısı ve kesit alanı ne kadar büyük olursa, "L" o kadar büyük olur. Dolayısıyla AC akıma gösterdiği dirençte o oranda büyür."L" nin birimi yukarıda da belirtildiği gibi Henry (H) 'dir. Ancak genellikle değerler çok küçük olduğundan "Henry" olarak yazımda çok küsürlü sayı çıkar.Bunun için miliHenry (mH) ve mikrohenry (µH) değerleri kullanılır.Henry, miliHenry ve mikroHenry arasında şu bağıntı vardır.
MiliHenry (mH) :1mH = 10-3 H veya 1H = 103mH
MikroHenry (µH) : 1µH = 10-6 H veya 1H = 106 µH 'dir.
Karşılıklı Endüktans (M):
Aynı nüve üzerine sarılı iki bobinin birinden akım geçirildiğinde, bunun nüvede oluşturduğu kuvvet çizgileri diğer sargıyı da etkileyerek, bu sargının iki ucu arasında bir gerilim oluşturur. Bu gerilime endüksiyon gerilimi denir.Bu şekilde iletişim, karşılıklı (ortak) endüktans denen belirli bir değere göre olmaktadır.Karşılıklı endüktans (M) ile gösterilir ve şu şekilde ifade edilir: M=√L1.L2
L1 ve L2, iki bobinin self endüktansıdır.M 'in birimi de Henry (H) 'dir.Şöyle tanımlanır:
Aynı nüve üzerindeki iki bobinin birincisinden geçen 1 amperlik AC akım 1 saniyede, ikinci bobinde 1V 'luk bir gerilim endükliyorsa iki bobin arasındaki karşılıklı endüktans M=1 Henry 'dir.Bobinler seri bağlanırsa toplam endüktans: L=L1+L2+L3+.......... olur.Aynı nüve üzerindeki iki bobin seri bağlanırsa: L = L1+L2 ± 2 M olur.
Bobinin Kullanım Alanları:
Bobinin elektrik ve elektronikte yaygın bir kullanım alanı vardır. Bunlar kullanım alanlarına göre şöyle sıralanabilir.
Elektrikte:
Doğrultucular da şok bobini
Transformatör
Isıtıcı v.b.
Elektromıknatıs (zil, elektromagnetik vinç)
Elektronikte:
Osilatör
Radyolarda ferrit anten elemanı (Uzun, orta, kısa dalga bobini)
Telekomünikasyonda frekans ayarı (ayarlı göbekli bobin)
Telekomünikasyonda röle
Yüksek frekans devrelerinde (havalı bobin)
Özellikle de radyo alıcı ve vericilerinde de anten ile bağlantıda değişik frekansların (U.D,O.D,KD) alımı ve gönderiminde aynı ferrit nüveyi kullanan değişik bobinler ve bunlara paralel bağlı kondansatörlerden yararlanır.
Alternatif Akım:
Uçları arasındaki potansiyel farkı,zaman bağlı periyodik değişim gösteren gerilim kaynağına alternatif gerilim kaynağı denir.Bu değişim genellikle sinüs biçimlidir.Bir alternatif gerilim kaynağına bağlı devredeki akım şiddetinin değişimi de zamana bağlı olarak sinüs dalgası biçimindedir.Böyle akımlara alternatif akım denir. Alternatif akım şiddeti ve gerilimin zaman bağlılığı,
I = Imsinwz (3) V = Vmsin(wz+Φ) (4)
bağıntıları ile verilir.Burada Im ve Vm akım ve gerilimin maksimum değerleri (genlikleri), w ise değişim frekansıdır ve açısal frekans adını alır.Açısal frekans, f frekansı ve T periyoduna
w = 2πf =2π/T (5)
bağıntısıyla bağlıdır.Φ açısı,gerilim ve akım şiddeti arasındaki “faz farkı” nı gösterir.
Φ>0 ise gerilim,akımın ilerisinde,
Φ<0 ise gerilim,akımın gerisinde,
Φ=0 ise gerilim,akım şiddetiyle aynı fazdadır.
Burada, [V] = Volt , = Amper , [T] = s , [f] = [w] = s-1 (Hertz-Hz) birimlerin-dedir.
Birden fazla cinsteki elemanın (direnç,bobin,kondansatör) seri ,paralel veya seri - paralel bağlanması ile oluşturulan alternatif akım devresinin yerine geçebilecek , aynı özellikleri verebilen tek bir eş dirence “empedans” denir. Empedans Z harfi ile gösterilir ve birimi ohm ’dur.Uçlarında V gerilimi bulunan ve içinden I şiddetinde akım geçen bir alternatif akım devresinin Z empedansı, gerilim ve akım şiddetlerinin genliklerinin oranı olarak tanımlanır.
Z = Vm/Im (6)
Görüldüğü gibi bu bağıntı,Ohm yasasının alternatif akım devresindeki karşılığıdır ve empedans,devrenin alternatif akıma karşı gösterdiği direnci belirtir.Sözü edilen devre elemanı yalnızca R değerinde bir direnç ise empedans;
Z = R (7) Faz farkı ise ; Φ = 0 olur.Devre elemanı self-indüksiyon katsayısı L olan bir bobin ise empedans Z = w.L =XL (8) dir ve faz farkı,Φ = π/2 ‘dir.Bobinin empedansına “indüktans” veya “indüktif reaktans” da denir ve XL ile gösterilir.
Burada; [Z] =[XL] = [R] = ohm birimindedir.
Seri R-L Devresi :
Bir R direnci ile bir L bobininin seri bağlanması ile oluşan devrede V toplam gerilimi V = Vmsin(wz+Φ) ile verilir.Direnç uçlarındaki gerilim , VR = VRmsinwz (9)
yazılabilir.Bobin uçlarındaki gerilim ise , VL = VLmsin(wz + π/2) (10)
bağıntısıyla verilir.Alternatif akım devrelerinde büyüklükler vektörel olduğundan
V = VR + VL dir ve bu üç büyüklük Şekil a’daki vektör diyagramıyla temsil edilebilir.(3),(9),(10) bağıntılarının her iki tarafları I ile bölünür ise Şekil 1’deki vektör diyagramı Şekil b’deki vektör diyagr¤¤¤¤¤ indirgenir.
Şekil a Şekil b
Bu diyagramlardan (6) bağıntısı ile verilmiş olan devrenin empedansı,daha açık olarak
Z = biçiminde yazılabilir.Devrenin faz açısı ise;
tg Φ = bağıntısı ile verilir.
Seri R-C Devresi :
Voltajın; V = Vm Sinwt ve akımın da; I=Im sin (wt-Φ) şeklinde verildiğini düşünmek uygun olur.Φ,akımla uygulanan voltaj arasındaki faz açısıdır.Elemanlar devreye seri bağlı olduklarından,herhangi bir anda devrenin her yerindeki akımın aynı olması gerekmektedir.Yani bir seri alternatif akım devresinin her noktasındaki alternatif akım,aynı genlik ve faza sahiptir.Bu nedenle her elemanın uçları arasındaki voltaj farklı genliğe ve farklı faza sahip olacaktır.Direncin uçları arasındaki voltaj,akımla aynı fazdadır.Kondansatörün uçları arasındaki voltaj ise akımın 90o gerisindedir.Her iki elemanın uçları arasındaki voltaj düşmesi aşağıdaki gibi ifade edilebilir;
VR = Im R Sinwt = VRmSinwt
Vc = Im Xc Sin (wt-π/2) = -VCmCoswt
Alternatif akım devrelerinde büyüklükler vektörlerle ifade edilebildiğinden ;
V = VR + VC dir ve bu üç büyüklük vektör diyagramıyla temsil edilebilir.Diyagramdan;
V = bağıntısı yazılabilir.Devrenin empedansı ise ;Z =
biçiminde yazılabilir.Devrenin faz açısı;
tgΦ = Φ= arctg bağıntısı ile verilir.
Seri RLC Devresi :
Direnç üzerinde gerilim akıma göre değişmez.Bobinin gerilimi 90 derece ileride kondansatörün gerilimi ise 90 derece geridedir.Bu devrenin diyagramı şu şekilde gösterilir.
Bobin ve kondansatörün reaktansları görüldüğü gibi birbirlerine zıt yöndedir,bu nedenle bu iki reaktansın farkı ile rezistansın vektörsel toplamları bize devrenin empedansını verir.
Z = Burada;
XL>XC ise devre indüktif; XC> XL ise devre kapasitiftir. XL = XC ise rezonans durumu söz konusudur.
Faz farkı;tanΦ =
Paralel RLC Devresi :
Seri devrelerde rezonans halinde XL= XC olduğu için bu devrelerde empedans minimumdur,empedans minimum olduğunda akım maksimum olur .
Paralel rezonans devrelerinde ise rezonans halinde durum tam tersidir ve akım minimum,empedans maximumdur.
Rezonans halinde maksimum akımın 0.7’si kadar akım değerlerine denk gelen Δf aralığına da ‘Bant genişliği’ adı verilir.Bant genişliğinin az olması devrenin ‘Q’ kalite faktörünün yüksekliği anl¤¤¤¤¤ gelir. Q=XL/R
Şok Bobinli Filtre:
Bobinler "L" self endüktansına sahiptirler. Bir bobinden akan akım, bir direnç üzerinden akan akıma göre 90° daha gecikmelidir. Bobinlerin bu özellikleri zıt elektro motor kuvvet (E.M.K.) üretmelerindendir.Bunun anlamı:
Bobinden akım geçerken bu akımı azaltıcı etki yapar, Devrenin kesilmesi anında düşen akıma da büyültücü etki yapar. Bobinin ortasına ince saclardan oluşturulmuş bir nüve konulursa bu etkinliği artar.Demir nüveli bobine şok bobini denir.Şok bobininin zıt EMK üretme özelliğinden yararlanıp, Şekil 4'te görüldüğü gibi kondansatörle birlikte kullanılarak bir filtre devresi oluşturulur. Şok bobini, kondansatörden önce devreye seri olarak bağlanır. Bu nedenle, filtre devresine, Şok girişli filtrede denmektedir.
Şok Girişli Filtrenin Üç Avantajı Vardır:
1)Akımdaki ani değişimleri önler:Şok bobini, L self endüktansı nedeniyle, yukarıda da açıklandığı gibi, geciktirici etki yaptığından, akımdaki ani değişmeleri takip edememekte ve dalgalanmaları (ripl 'leri) önleyici etki yapmaktadır.Örneğin, Şekil 5 (e) 'de gösterildiği gibi, kondansatörün şarjı sırasında diyotlara ani akım darbeleri gelmektedir. Şok bobini bu ani akım yükselişini kısmen yavaşlatarak darbe etkisini önlemektedir. Benzer şekilde yük tarafında bir kısa devre olması halinde gelecek akım darbesini de yumuşatır.Sonuçta, Transformatörün fazla ısınması önlenir. Diyotların yanma ihtimali azalır.
2. Çıkış gerilimini giriş gerilimine yaklaştırıcı etki yapar:Yukarıda açıklandığı gibi yalnızca kondansatör ile oluşturulan filtrede, yük direnci uçları arasındaki gerilim:
VRL = 1,414 Vef
Yani yük gerilimi, efektif geriliminin yaklaşık bir buçuk katı olmaktadır. Bu önemli bir farktır. Bu fark transformatör çıkış gerilimine göre devre kurmak isteyenleri yanıltabilir. Şoktaki gerilim düşümü bu farkı bir miktar azaltmaktadır.
3. Yük direncindeki gerilim dalgalanmalarını küçültücü etki yapar:Şok bobini, yük direnci üzerindeki akım dalgalanmalarını şu iki yoldan küçültmektedir:Ani akım değişimlerini yavaşlatarak, RL 'den akan akımdaki değişimleri ve dolayısıyla da gerilim değişimlerini küçültür. Büyük akımda büyük gerilim düşümü ve küçük akımda küçük küçük gerilim düşümü yapmak suretiyle de RL yük direnci üzerindeki gerilim dalgalanmalarını küçültür. Şok bobinden sonra bağlanan kondansatör de, yukarıda açıklanan kondansatörlü filtrenin görevini yapmaktadır. Yani çıkış geriliminin sabit tutulmasında yardımcı olmaktadır.Şok bobinin "L" selfi ile kondansatörün "C" kapasitesi, yük direncinden akan IRL akımı, r dalgalanma katsayısı arasında şu bağıntı vardır.
L = (√2 / 3r). (I / ω 2C) (ω:2πf)
Burada f: 50Hz 'dir. C: Farad I: Amper L: Henry 'dir.
Şok Bobinli Filtrelerin Dezavantajları:
Şok bobinin yukarıda sıralanan avantajlarının yanı sıra şu dezavantajları da vardır.
Pahalıdır.
Ağırdır.
Çok yer tutar.
Isınır.
Bu nedenle küçük hacimli ve küçük güçlü elektronik sistemlerde kullanımı pek tercih edilmez. Bu halde şok yerine direnç kullanılır.
Kondansatörlü Filtre:
Kondansatöre gerilim uygulandığında, plakaları arasında, uygulanan gerilime eşit bir gerilim oluşur. Bu gerilim oluşuncaya kadar, devreden giderek azalan bir akım akar.Bu olaya Şarj etme (yükleme) işlemi denmektedir.Kondansatör şarj olduktan sonra uçları arasına bir direnç bağlanırsa o direnç üzerinden de boşalır (deşarj olur).
Kondansatörlü filtrelerde, kondansatörün şarj-deşarj özelliğinden yararlanılmaktadır.
Şöyle ki: Şekil 5 'te, kondansatörün filtre görevi yaptığı köprü tipi bir doğrultucu ve dalga şekillerindeki değişim gösterilmiştir.Şekil 5 (a) 'da doğrultucu girişine, tepe değeri, Vm=14V olan bir AC bir gerilim uygulanmıştır. Şekil girişinde gösterilmiş olan 10V AC efektif değerdir. Bilindiği gibi AC ölçü aletleri efektif değerleri göstermektedir. Kodansatör bir anahtar yardımı ile devreye sokulup çıkarılabilmektedir.Şekil 5 (b) 'de kondansatörsüz doğrultucu çıkışındaki, yani anahtar açık haldeki, RL yük direnci üzerinde oluşan alternanslar görülmektedir.
Kondansatörün Bağlanması Halinde Şarj İşlemi:
İlk alternansta kondansatör şarj olur.Şarj işlemi, Vm tepe değerine, yani 14V 'a kadar devam eder.
Deşarj İşlemi:
İlk alternans gerilimi inişe başladığı zaman, kondansatör de RL yük direnci üzerinden deşarja başlar. Deşarj nedeni ile, kondansatörün ve dolayısıyla da RL yük direncinin uçları arasındaki gerilim,maksimum değerden başla¤¤¤¤¤ yavaş yavaş düşer. Kondansatör ne kadar büyük olursa, gerilimdeki düşme o oranda az olur.
Bir yandan kondansatör gerilimi düşerken, öbür taraftan, Şekil 5 (c) 'de de görüldüğü gibi, ikinci alternansın gerilimi yükselmektedir.
Kondansatörün deşarj işlemi, "VD" deşarj gerilimi, ikinci alternans gerilimine eşit oluncaya kadar devam eder.Bu eşitlikten sonra, kondansatör ikinci alternans geriliminin tepe değerine kadar tekrar şarj olur. Bu alternansın gerilimi de tepe değerinden düşmeye başlayınca, kondansatör de deşarja başlar. Ve bu olay tekrarlanarak devam eder.
Ripl gerilimi:
Kondansatörün sürekli olarak şarjı ve deşarjının etkisiyle, RL yük direnci uçları arasında Şekil 5 (d) 'de görüldüğü gibi dalgalı bir gerilim oluşur. Bu dalgalanmaya Ripl (Ripple) denir.Gerilimdeki dalgalanma miktarı da "Vr" Ripl gerilimidir. Burada iki önemli hususa dikkat etmek gerekir: Kullanılan kondansatörün kapasitesi (C) ne kadar büyük olursa çıkıştaki dalgalanmada (Ripl) o kadar az olur.
Kondansatörlü filtre ve gerilimdeki değişimler:
Kondansatör gerilimi, Ripl gerilimi kadar düşerse VD değerine gelinceye kadar geçen zaman içerisinde, AC devresinden ve dolayısıyla da diyotlardan akım akmaz.Bunun nedeni,
Kondansatör deşarja başladığında, Şekil 5 (c) 'den de görüldüğü gibi, AC alternansı maksimumdan sıfıra kadar inmekte ve tekrar yükselerek VD değerine geldiğinde kondansatör gerilimine eşitlenmektedir. Bu zaman aralığında, kondansatör gerilimi AC gerilimden daha büyük olduğundan diyotlardan akım akışına engel olmaktadır.Ancak V değerinden sonra, AC gerilim kondansatör geriliminden daha büyük olduğundan, Şekil 5 (e) 'de görüldüğü gibi diyotlardan akım akmaya başlamakta ve kondansatörde tekrar şarj olmaktadır.Diyottan akım akışı AC gerilimin Vm tepe değerine ulaşmasına kadar devam ettiğinden bu akıma diyot akımı denir.
Kondansatörlü filtrenin dezavantajları:
Diyottan bu şekilde darbeli akımın akışı diyodu yıpratacaktır. Bu durum, kondansatörlü filtre için önemli bir sakınca teşkil etmektedir.
Kondansatörlü filtrenin avantajları:
Kondansatörlü filtrenin şu iki avantajı vardır.
Bir miktar ripl olsa da, düzgün bir DC gerilimin elde edilmesini sağlar.
Kondansatörsüz hale göre büyük DC gerilim elde edilmesini sağlar.
Şekil 5 (a) çıkışında, gösterilmiş olduğu gibi anahtar kapalı iken, yani kondansatör devrede iken, voltmetre ile VCM=14V okunmaktadır. Bu değer AC gerilimin maksimum değeridir.AC gerilimin maksimumu şöyle bulunmaktadır:
Vm = Vef/0,707 = 10/0,707 =1,414*10 =14,14 =≈ 14Volt
DC voltmetreden okunan değer, aslında tam 14 Volt değildir. Nedeni de, her ne kadar kondansatör tepe değerine şarj olsa da, bir taraftan da Şekil 6 da görüldüğü gibi, yük direnci üzerinden deşarj olmaktadır. Yani gerilimi Vr ripl gerilimi kadar düşmektedir. Voltmetre bu ani şarj ve deşarj olayını gereği gibi takip edemeyeceğinden orta noktalarda bir yerde duracaktır.Ancak Vr deşarj miktarı küçük olduğundan, Voltmetre 14V 'u gösteriyor denebilecektir.Çıkış gerilimi hassas olarak şöyle hesaplanır:Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi çıkış geriliminin, maksimum ve ortalama değerlerine, sıra ile VRLmak, VRLor diyelim. Ripl gerilimi de Vr olsun.
VRLor = VRLmak - (Vr / 2) 'dir
Yük akımına (IRL), AC frekansına (f) ve kondansatör kapasitesine (C) bağlı olarak Vr ripl gerilimi şöyle hesaplanmaktadır: Vr = IRL / FC
VRLmak değeri AC gerilimin Vm maksimum değerine eşittir.Bu durumda;
VRLor = Vm - (IRL / 2FC) olur.
Bu bağıntıda, C farad, IRL amper, f Herz olarak yazılır.Eğer, çıkışta kondansatör bağlanmamış olsaydı DC ölçü aleti ile, RL uçları arasında ölçülecek olan gerilim şu ortalama değerde olacaktı.Vor = 0,637 Vm bağıntısına göre: Vor = 0,637x14 = 9Volt
Vor = 9V değeri de, yine Şekil 5 (a) 'da voltmetre üzerinde gösterilmiştir.
Bir müzik sistemi ve buna bağlı olarak da hoparlör seçimi söz konusu olduğunda, bence ilk karar verilmesi gereken, hoparlör filtrelerinin aktif yada pasif olmasıdır. Genelde cebimizdeki paranın miktarı bu seçimi yapmamıza yardımcı olur. Aktif filtreli hoparlör sistemleri pahalı olmakla birlikte, ki tüm müzik sistemini etkiler, müzik kalitesinden ne beklediğimizle ilgilidir. Pasif filtrelere nazaran çok daha kontrol edilebilir bir filtrelime sisteminiz olur, bu da bass ve tiz seslere karşı zaafı olanlar için bulunmaz bir oynama alanı yaratır. Aktif filtrelerle dizayn ettiğimiz sistemler diğerlerine nazaran daha pahalıdır. Aşağıda blok şemasını verdiğim klasik sistemde preamlifikatör çıkışı kuvvetlendiriciye verilmekte ve kuvvetlendirici çıkışı da bobin ve kondansatörlerden oluşan filtre devrelerinin bulunduğu ve hoparlörlerin yer aldığı bir kabinete iletilmektedir. Aktif sistemde ise, preamlifikatör çıkışı bu yazıda izah edilen türden bir aktif filtreye verilmekte, ve her bir çıkışın ayrı ayrı kuvvetlendirilmesi gerekmektedir, işte bu sistemin maliyetini artırır. Şimdi, sistemi biraz olsun ucuzlatabilmek için hem de ortada dolanan ve kayıplar ile osilasyonlara sebep verebilecek kablolardan kurtulmak için şunlar yapılır; hem aktif filtre hem de her bir hoparlörün kuvvetlendiricisi hoparlör kabininin içine monte edilir.
Bütün teknolojik alanlarda olduğu gibi güç elektroniği alanında yaşanan gelişmeler; anahtarlamalı güç kaynakları, ark ve pota ocakları, motor sürücüleri, AA/DA dönüştürücüler ve çevirgeçler gibi doğrusal olmayan yüklerin kullanımını artırmıştır. Bu yüklerin kullanımındaki artış, iletim ve dağıtım sistemlerinde güç kalitesinde büyük ölçüde bozulmalara neden olmuştur. Doğrusal olmayan yüklerin kullanımındaki artışa paralel, enerji kalitesine duyarlı hassas yüklerin kullanımı da oldukça artmıştır ve artmaya devam etmektedir. Bu sebeple, akım armonikleri ve
akım armoniklerinden kaynaklı gerilim armonikleri bugün birçok ülkede ciddi bir problem haline gelmiştir.Armoniklerin güç sistemlerinde yarattıkları başlıca olumsuz etkiler şunlardır:
1-Kayıpların artması
2-Motorlarda, jeneratörlerde ve trafolarda aşırı ısınma
3-Ölçüm ve koruma sistemlerinin hatalı çalışması
4-Elektrik cihazlarının ömrünün azalması
5-Paralel ve seri rezonans problemlerinin artması
Güç sistemlerinde armoniklerden kaynaklı olumsuz etkiler çoğunlukla tespit edilememekte ve bunun sonucu olarak güç kalitesindeki bozulma da giderek artmaktadır.Güç sistemlerinde akım armoniklerinin bastırılması amacıyla filtreler kullanılmaktadır. Filtreler yapıları itibariyle pasif ve aktif armonik filtreler olarak iki ana başlıkta sınıflandırılmaktadır.
Pasif armonik filtreler; kondansatör (C), reaktör (L) ve dirençten (R) oluşmaktadırlar.Pasif armonik filtreler ekonomik bir çözüm olmakla birlikte, çok yer kaplamaları, sabit bir kompozisyon imkanı sunmaları, performanslarının şebeke parametrelerine bağlı olması ve en önemlisi şebeke ve/veya yük ile rezonans devreleri oluşturmaları en belirgin dezavantajlarıdır. Özellikle ülkemizde reaktif güç kompozisyonu amacıyla tesis edilen şönt bağlı yalın kondansatörler rezonans olaylarını (akım ve gerilim armoniklerinin amplifikasyonu) artırmakta, ve güç kalitesini bozucu etki yaratmaktadırlar. Güç kalitesindeki bozulmanın giderek artması ve pasif filtrelerin bu olumsuz yönleri armoniklerden kaynaklı problemlerin giderilmesinde aktif çözümlere olan ilgiyi artırmıştır.
Aktif armonik filtrelerinin (diğer bir deyişle aktif güç filtrelerinin) akım ve gerilim harmoniklerinin süzülmesi ve reaktif güç kompozisyonu amacıyla kullanımı giderek artmaktadır.Aktif güç filtreleri;
Akım ve gerilim armoniklerinin süzülmesi
Şebeke ile yük arasında armonik izolasyonun salanması
Reaktif güç kompozisyonu
Nötr ak1mlar1n1n kompozisyonu
Gerilim regülasyonu
Fliker kompozisyonu
Rezonansların bastırılması gibi güç kalitesini artıracak uygulamalara imkan sağlamaktadırlar.
Aktif güç filtreleri devre yapılarına göre akım veya gerilim kaynaklı, sisteme bağlantı şekillerine göre ise seri veya paralel filtreler olarak sınıflandırılmaktadırlar
Paralel aktif güç filtreleri çoğunlukla akım armoniklerinin süzülmesi ve reaktif güç kompozisyonu amacıyla; seri aktif güç filtreleri ise çoğunlukla gerilim armoniklerinin süzülmesi, gerilim regülasyonu ve armonik izolasyon amacıyla kullanılmaktadırlar.Aktif güç filtrelerinin çalışma prensibi, örneklenen yük akım ve/veya gerilim dalga şekillerinden bir takım kontrol teknikleriyle üretilen referans akım ve/veya gerilim dalga şekillerinin kontrollü yarı iletken güç anahtarları yardımıyla üretilmesi ve şebekeye iletilmesine dayanmaktadır.
Aktif güç filtrelerinin ilk yatırım maliyetleri pasif filtrelere göre oldukça fazladır. Bu sebeple aktif ve pasif armonik filtreler beraber kullanılarak hem bu filtrelerin yetenekleri birleştirilmekte hem de ilk yatırım maliyetleri düşürülebilmektedir. Bu tip sistemler hibrid (melez) armonik filtreler olarak adlandırılmaktadır.
Sonuç olarak, iletim ve dağıtım sistemlerinde akım ve gerilim armoniklerinden kaynaklı problemler her geçen gün daha bir önem kazanmaktadır. Bu problemlerin çözümünde kullanılan pasif filtreler ekonomik olmakla birlikte performanslarının şebeke parametrelerine bağlı olması ve rezonans olaylarına neden olmaları en belirgin dezavantajlarıdır. Diğer bir çözüm yöntemi olan aktif güç filtreleri ise güç kalitesinin iyileştirilmesi konusunda oldukça fazla imkan sunmaktadırlar.
maviekspres.com
DENEYİN YAPILIŞI:
RL, RC, seri RLC,paralel RLC devrelerinin V0\ Vİ –f grafiklerini çizin.
formülünden L ‘yi bulun.
formülünden f1 ‘i bulun.Ölçtüğünüz değerle karşılaştırın.
fgrafik= 345 Hz
Seri RLC için rezonans frekanslarını hesaplayın.( XL=XC ) Ölçtüğünüz değerle karşılaştırın.
fgrafik = 220 Hz
Paralel RLC için rezonans frekanslarını hesaplayın.( XL=XC ) Ölçtüğünüz değerle karşılaştırın.
fgrafik = 550 Hz
Filtre nedir 
|
|
|
|
